30 июля свой 70-летний юбилей отмечает заведующий кафедрой физики твёрдого тела, доктор физико-математических наук, профессор, почётный работник высшего образования РФ Александр Владимирович Скрипаль.
Есть мнение, что на результатах исследований в области физики твёрдого тела строится современное технологическое общество. Целая армия учёных и инженеров работает над использованием твёрдых материалов. Вклад юбиляра в эту историю очевиден. Интервью с ним накануне торжественного события – тому подтверждение.
– Александр Владимирович, вся ваша трудовая и научная деятельность связана с кафедрой физики твёрдого тела СГУ. Это направление, по мнению авторитетных источников, служит основой многих перспективных современных наукоёмких технологий. Каких именно? Можно рассказать об этом подробнее?
– Физика твёрдого тела, какой мы знаем её сегодня, началась в 20-м веке примерно в одно время с организацией университета в Саратове. Учёным стало понятно, что кристаллы – наиболее совершенные образцы твёрдых тел – состоят из периодически расположенных рядов атомов. Вот почему предметом многих физических исследований стали свойства веществ в твёрдом состоянии, их связь с микроскопическим строением и составом.
Развитие физики твердого тела начиная с 1940-х годов во многом стимулировалось развитием полупроводниковой электроники. Надо сказать, что открытие в начале 1930-х годов «плохих» проводников, называемых сейчас полупроводниками, тогда ещё не считалось чем-то значимым с практической точки зрения. Однако, если бы не это открытие, мы бы не имели теперь уже привычных нам компактных смартфонов, компьютеров и плоских телевизоров.
Можно сказать, что полупроводники, наряду с атомной отраслью и освоением космоса – это главная инновация второй половины 20-го века, да и нынешнего тоже.
С момента образования кафедры физики твердого тела в 1945 году под руководством заслуженного деятеля науки РСФСР Зинаиды Ивановны Кирьяшкиной основными научными направлениями являлись: разработка элементной базы полупроводниковой электроники, СВЧ-электроники, микро- и оптоэлектроники.
В дальнейшем, уже под руководством заслуженного деятеля науки Российской Федерации Дмитрия Александровича Усанова, получили развитие такие направления, как твердотельная СВЧ-электроника, наноэлектроника, нанотехнология, технология метаматериалов, магнитоэлектроника.
Сегодня на кафедре мы готовим бакалавров и магистров по направлению «Электроника и наноэлектроника». В нашей стране оно включено в число приоритетных направлений развития науки, технологий и техники.
Кстати, сижу я в историческом кабинете за историческим столом, где трудились и Зинаида Ивановна, 110 лет которой мы отметили в этом году, и Дмитрий Александрович, 80 лет которому мы отметили в прошлом году.
– Мы уже довольно привычно употребляем термины – микроэлектроника и наноэлектроника. Можно сказать, что электроника проникла во все сферы современной жизни?
– Современные микроэлектронные и наноэлектронные интегральные схемы состоят из миллионов и миллиардов элементов полупроводниковой электроники.
Это современные технологии связи, включающие спутники, системы радиолокации, связь 5-го и 6-го поколений, системы навигации самолётов и ракет. Это автономные беспилотные системы, мобильные устройства связи. А также микропроцессорные системы, устройства обработки и хранения больших данных, устройства приёма и отображения информации – смартфоны, планшеты, компьютеры, телевизоры. И, наконец, медицинская электроника – электрокардиографы, ультразвуковое диагностическое оборудование, компьютерные томографы, кибер-ножи и гамма-ножи для лечения новообразований, домашние диагностические приборы.
В настоящее время без микро- и наноэлектроники, которые являются одной из областей физики твёрдого тела, невозможно развитие информационных технологий, робототехники и биотехнологий.
Все роботы будут «мертвы» без программ, заложенных в их электронную память, а она создаётся с помощью микроэлектронных схем.
Развитие технологий искусственного интеллекта невозможно без материальной базы, аппаратных средств – микро- и наноэлектроники, являющейся носителем искусственного интеллекта. Сердцем аппаратных средств искусственного интеллекта являются микропроцессоры.
В современном мире без микро- и наноэлектроники не поедут поезда и автомобили, не полетят самолёты. Можно ещё долго перечислять сферы человеческой деятельности, которые уже никогда не смогут обойтись без электроники.
– Какие материалы интересуют вас как исследователя, работающего в области физики твердого тела?
– Исторически на нашей кафедре занимаются изучением материалов и приборов полупроводниковой, микро- и наноэлектроники.
Мои исследования связаны с изучением свойств полупроводниковых приборов, применяемых в СВЧ-диапазоне. Это транзисторы, туннельные диоды, диоды Ганна, лавинно-пролётные диоды. Меня интересуют так называемые квантово-размерные структуры, среди которых полупроводниковые и металлические наноплёнки, композиты на основе углеродных наноматериалов.
В последние годы во всём мире возрос интерес к исследованиям искусственных структур, так называемых фотонных кристаллов. Хотя встречаются и природные фотонные кристаллы – на крыльях бабочек, например, или опалы, перламутровое покрытие раковин моллюсков.
Я занимаюсь исследованием фотонных кристаллов СВЧ-диапазона и субтерагерцового диапазона частот. Они нашли практическое применение при разработке новой элементной базы СВЧ-электроники. Фотонные кристаллы оказались близки нашему коллективу ещё и потому, что их свойства во многом аналогичны свойствам реальных кристаллов.
Значительное число моих работ посвящено разработке новых методов контроля свойств материалов и структур с помощью электромагнитного излучения СВЧ-диапазона. Также меня интересует управление свойствами полупроводниковых структур при воздействии внешнего СВЧ-сигнала.
– Ваши научные интересы связаны с разработкой современных перспективных СВЧ-устройств. Вопрос обывательский, и все же: какое отношение это имеет, например, к микроволновке, которая есть в каждой квартире?
– СВЧ-печка – это одно из практических применений СВЧ-излучения в быту. Действие микроволновки основано на поглощении СВЧ-энергии в продуктах питания, в результате чего происходит нагрев. Но надо иметь ввиду, что разогреваются только те продукты, которые хорошо поглощают электромагнитные волны. Прежде всего это продукты, содержащие воду. Сухие продукты нагреваются медленно и слабо.
СВЧ-излучение работает и в наших смартфонах. Но мощности СВЧ-энергии в смартфонах в 100 тысяч раз меньше, чем в СВЧ-печках.
– Вы награждены знаком «Изобретатель СССР», золотыми, серебряными и бронзовыми медалями международных конкурсов в Женеве, Нюрнберге, Париже, Брюсселе, Лионе, Москве, Сучжоу, Сеуле, Куньшане. Расскажите о ваших наиболее значимых разработках в области создания высокотехнологичных инноваций, получивших мировое признание.
– Таких разработок много, сделаю акцент на некоторых из них. К ним можно отнести СВЧ-толщиномеры, позволившие решить на определённом этапе развития отечественной промышленности в 1980-х годах проблему контроля сверхтонких покрытий с толщинами менее одной десятой микрометра. Например, мы применяли наш прибор для контроля тонких металлических слоёв при создании зеркал на Саратовском ВНИИтехстройстекло (сейчас это АО «Саратовский институт стекла»).
Сейчас такие тонкие покрытия называются наноплёнками.
Новым этапом в развитии этого направления стало создание сканирующего ближнеполевого СВЧ-микроскопа, позволяющего проводить локальные бесконтактные измерения свойств материалов и структур, потом представлять их в виде трёхмерных карт.
Это и открытие нового механизма возникновения отрицательного сопротивления в полупроводниковых структурах на основе p–n-переходов.
Разработка и создание компьютерного комплекса с программным обеспечением для измерения толщины нанометровых плёнок с использованием методов интерферометрии. Эту установку мы поставили для предприятий Санкт-Петербурга и Зеленограда.
Разработка и создание программно-аппаратного комплекса для контроля параметров полупроводников, диэлектриков, металлических и углеродных наноплёнок, композитов. Сегодня он используется для контроля материалов на АО «Алмаз».
По заданию Минпромторга выполнена ОКР по созданию на основе СВЧ фотонных кристаллов широкополосных поглотителей электромагнитного излучения в качестве элементной базы СВЧ-электроники.
Разработка методов и аппаратуры для радиоволнового дистанционного контроля физиологических параметров жизнедеятельности организма – например, дистанционный контроль дыхания и сердцебиения человека.
Разработка метода контроля и приборов для оценки качества водной среды как с помощью рачков дафний (компьютерная видеотехнология биотестирования водной среды), так и с помощью компактных электронных приборов. Так называемые «Измерители качества воды (ИКВ)», позволяющие контролировать качество воды, не только текущей из наших кранов, но и бутилированной, и в природных источниках. Университет продал лицензию на способ контроля качества воды.
Создание диагностического оборудования для диагностики патологий глазодвигательного аппарата у детей и неинвазивного лечения этих патологий. Оно используется в «Клинике глазных болезней СГМУ».
Среди Саратовских предприятий наиболее тесно наша кафедра сотрудничает с АО «НПП «Алмаз», АО «НПЦ «Алмаз-Фазотрон», Энгельсским приборостроительным объединением «Сигнал».
– Очень заинтриговала присвоенная вам за достижения в области создания инноваций почётная награда Бельгии – орден «Офицера». За что его дают?
– Одним из направлений творческой деятельности, которое поддерживает и отмечает правительство Бельгии через свою Палату изобретателей, является изобретательство и новаторство. Награда учреждена в 1954 году, как сказано в аннотации – для вдохновения и поддержки выдающихся изобретателей, а также их активных покровителей с целью поощрения исследований в различных областях прикладной науки, техники, ремёсел и промышленности. Она имеет несколько степеней: «Кавалер», «Офицер», «Командор», «Почётный офицер».
За достижения в области создания инноваций я был награждён орденом «Офицера». Это мальтийский крест белой эмали с тонкой золотой каймой, на нем девиз: «ТАNTAE МОLIS ERАT» – цитата из поэмы Вергилия «Энеида». В переводе с латыни звучит: «так было трудно».
Кстати, такой же крест был и у Дмитрия Александровича Усанова, к тому же он «Командор»!
– Дмитрий Александрович Усанов – знаковая для нашего университета личность. Он был научным руководителем обеих ваших диссертаций – и кандидатской, и докторской. А кем он был для вас лично? Ведь именно от него вы приняли эстафету руководителя кафедры физики твёрдого тела.
– Личность Дмитрия Александровича очень многогранна. Он развивал и продвигал, казалось бы, совершенно различные научные направления. Это и твёрдотельная СВЧ-электроника, физика ферромагнитных материалов, методы контроля материалов микро- и наноэлектроники, методы контроля окружающей среды, медицинская физика.
Для меня лично Дмитрий Александрович являлся постоянным наставником, начиная с написания курсовой работы, когда я еще был студентом третьего курса, а он – заведующим лабораторией физики полупроводников НИИМФ СГУ.
Конечно, наиболее тесное сотрудничество наступило во время моей учёбы в аспирантуре. А когда стал работать в лаборатории физики полупроводников, то в полной мере включился в тематику научной группы, руководителем которой был Дмитрий Александрович. Через некоторое время я стал ответственным исполнителем работ, которые выполнялись под руководством Усанова. Они были связаны с разработкой так называемых СВЧ-толщиномеров, используемых в космической, электронной, стекольной промышленности, строительной отрасли.
В начале моей научной карьеры я был исполнителем идей, рождавшихся у Дмитрия Александровича, но со временем стал одним из ближайших коллег, особенно в научной сфере. Мы встречались, обсуждали научные и учебные проблемы практически каждый день. Часто ездили в совместные командировки на промышленные предприятия Москвы, Подмосковья и Ленинграда.
Для учёного предыдущего поколения, воспитанного до эпохи интернета, он обладал энциклопедическими знаниями в различных областях и колоссальным опытом организатора научных исследований. Поэтому у него рождались оригинальные мысли, как соединить, казалось бы, не очень соединимые области.
Уход из жизни Дмитрия Александровича был для меня огромной потерей, я лишился не только руководителя, но и собеседника, с которым мог обсудить любую тему.
– Результатом ваших исследований явилась разработка СВЧ-измерителя теплозащитного слоя советского космического корабля многоразового использования «Буран». За это вы были награждены медалью имени Юрия Гагарина. Это по-прежнему секретная тема, или что-то сегодня уже можно рассказать?
– Разновидностью СВЧ-толщиномера является измеритель эрозионностойкого покрытия на теплозащитном слое космического корабля многоразового использования «Буран».
Теплозащитный слой на космических кораблях многоразового использования, созданный на основе кварцевого волокна в виде «кварцевой ваты» с наружным эрозионностойким покрытием, обеспечивает выживаемость космонавтов при спуске космического корабля, поскольку температура на его поверхности достигает тысячи градусов. Считается, что нарушение защитного слоя привело к разрушению американского космического корабля этого типа.
Мы обеспечивали для «Бурана» проверку качества изготовления теплозащитного слоя. Результаты этой работы были внедрены в НПО «Молния» (Москва) и в НПО «Энергия» (Королёв).
За успешное внедрение разработанных СВЧ-измерителей на НПО «Энергия» мне был вручен нагрудный знак «Изобретатель СССР», а в 2011 году за заслуги перед космонавтикой от Федерации космонавтики России был награждён медалью имени первого космонавта Земли Ю.А. Гагарина.
– Какие возможности междисциплинарных исследований в области твёрдого тела сегодня применяются в биологии и медицине?
– Практически все современные диагностические приборы в биологии и медицине выполнены на основе полупроводниковой электроники: электрокардиографы, ультразвуковое диагностическое оборудование, компьютерные томографы, кибер-ножи и гамма-ножи для лечения новообразований, домашние диагностические приборы.
Я уже называл созданный совместно с кафедрой медицинской физики прибор для диагностики патологий глазодвигательного аппарата у детей и неинвазивного лечения этих патологий. Нами создан прибор на основе полупроводникового лазера для диагностики функционирования барабанной перепонки слухового аппарата человека. Он используется в клинике болезней уха, горла, носа Клинической больницы им. С.Р. Миротворцева СГМУ.
На кафедре медицинской физики ведутся исследования функционирования сосудистой системы человека с помощью полупроводниковой автодинной лазерной системы и методами тепловизионной диагностики на основе полупроводниковых матриц.
– Кафедрой медицинской физики руководит ваш родной брат Анатолий Владимирович Скрипаль. Интересно, кто кого увлек физикой? Это семейное?
– Мы из семьи железнодорожников, родители были инженерами связи. Я старший, и первым поступил на физфак СГУ. Видимо, увлек младшего брата своими рассказами об университете и физике.
Потом мы вместе учились и работали на одной кафедре, у нас был общий научный руководитель. Но его научное направление было больше связано с оптическими исследованиями. А в 2005 году с открытием нового факультета нано- и биомедицинских технологий в университете появилась кафедра медицинской физики. Ее заведующим и был назначен мой брат – профессор, доктор физико-математических наук Анатолий Владимирович Скрипаль.
– А за пределами физики у вас есть какие-то интересы и увлечения?
– В юности я активно занимался конькобежным спортом, поэтому в дальнейшем до определённого времени продолжал заниматься физкультурой, к которой для себя отношу прежде всего любительский мини-футбол.
Смотрю по телевидению спортивные соревнования по футболу, конечно, по конькобежному спорту, если показывают.
Раньше с интересом читал научную фантастику, которая теперь стала явью. Да и сейчас с удовольствием смотрю научно-фантастические фильмы. Но при условии, что в них заложена неожиданная для меня мысль и я не могу представить финал повествования.
– Какой из последних фильмов произвел на вас подобное впечатление?
– Ну, например, фильм 2022 года «Падение Луны», где рассказывается об искусственном происхождении нашего космического спутника. С этой стороны я на Луну еще не смотрел…
Тамара Корнева